Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Эффект Гаусса






· Эффект Гаусса – эффект зависимости удельного сопротивления полупроводника (металла), помещенного в магнитное поле, от значения индукции этого поля.

Такая зависимость объясняется тем, что носители заряда (фермионы), перемещающиеся в полупроводнике (металле) под действием электрического поля, обладают не одинаковыми значениями скорости перемещения, так как известно, что скорости носителей заряда подчиняются распределению, отвечающему статистике Ферми-Дирака:

 

где EF – энергия Ферми; Ei – энергия i -го состояния фермиона; k – постоянная Больцмана; T – абсолютная температура.

В результате, наводимое поперечное поле Холла (4.1) компенсирует влияние силы Лоренца только на носители тока, имеющие некоторую скорость v (рис. 4.1). Траектория же носителей тока, скорость которых отлична от v, будет искривляться, приобретая дугообразную форму (рис. 1.1).

Такое искривление траекторий движения заряженных частиц приводит к увеличению числа их столкновений (сокращению длины свободного пробега), а, следовательно, – к понижению значения удельной проводимости и увеличению удельного сопротивления проводника или полупроводника (так называемый «физический эффект магнитосопротивления»).

Оценку приращения удельного сопротивления в полупроводнике n -типа или металле, для случая слабых магнитных полей (μ B < < 1), можно произвести в соответствии с выражением (4.6).

 

(4.6)

 

где Δ ρ – приращение удельного сопротивления; ρ 0 – удельное сопротивление материала вне магнитного поля; σ 0 – удельная электрическая проводимость материала вне магнитного поля; σ B – удельная электрическая проводимость в магнитном поле с индукцией B; μ n – подвижность носителей заряда [12].

Естественно, что понятия слабого и сильного магнитных полей относительны, поскольку в условия μ B < < 1 и μ B > > 1 кроме магнитной индукции B, входит значение подвижности носителей заряда μ. Таким образом, сильное для полупроводников с высокой подвижностью электронов магнитное поле может являться слабым для полупроводников с меньшей подвижностью.

В случае участия в проводимости носителей заряда обоих знаков выражение (4.6) принимает следующий вид:

 

(4.7)

 

где μ n и μ p – подвижности электронов и дырок соответственно; n и p – концентрация электронов и дырок соответственно.

Наибольшее возможное значение величины ∆ ρ /ρ 0 в полупроводнике (зная зависимости μ n и μ p от концентрации) можно определить из выражения (4.8).

 

(4.8)

 

при этом отношение концентраций носителей заряда должно удовлетворять условию:

 

 

Таким образом, как следует из выражений (4.7) и (4.8), приращение сопротивления в области малых магнитных полей пропорционально квадратам подвижности носителей тока и магнитной индукции.

В связи с некоторой громоздкостью выражений (4.6) – (4.8) для приблизительного описания эффекта магнитосопротивления в большом диапазоне значений магнитной индукции, предлагается применять более лаконичное и удобное для проведения расчетов, выражение (4.9).

 

(4.9)

 

где A – коэффициент формы магниторезистора, при условии выражения подвижности носителей в единицах [см2·В-1·см-1], принимающий значение порядка ~10-12.

Из выражения (4.9) следует, что при малых значениях магнитной индукции, величина ∆ ρ /ρ 0 квадратично зависит от B, тогда как при больших значениях B отношение ∆ ρ /ρ 0 достигает насыщения.

В инженерной практике для оценки относительного изменения сопротивления полупроводника в магнитном поле также часто используется следующее выражение:

 

(4.10)

где n – показатель степени, принимающий значения от 1 до 2, в зависимости от величины магнитной индукции.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.